等价类
在数学中,假設在一个集合Xdisplaystyle X上定義一个等价关系(用∼displaystyle sim
來表示),则Xdisplaystyle X
中的某個元素adisplaystyle a
的等价类就是在Xdisplaystyle X
中等价于adisplaystyle a
的所有元素所形成的子集:
[a]=x∼adisplaystyle [a]=xin X。
等价类的概念有助于从已经构造了的集合构造新集合。在Xdisplaystyle X中的给定等价关系∼displaystyle sim
的所有等价类的集合表示为X/∼displaystyle X/sim
并叫做Xdisplaystyle X
除以∼displaystyle sim
的商集。这种运算可以(实际上非常不正式的)被认为是输入集合除以等价关系的活动,所以名字“商”和这种记法都是模仿的除法。商集类似于除法的一个方面是,如果Xdisplaystyle X
是有限的并且等价类都是等势的,则X/∼displaystyle X/sim
的序是Xdisplaystyle X
的序除以一个等价类的序的商。商集被认为是带有所有等价点都识别出来的集合Xdisplaystyle X
。
对于任何等价关系,都有从Xdisplaystyle X到X/∼displaystyle X/sim
的一个规范投影映射πdisplaystyle pi
,给出为π(x)=[x]displaystyle pi (x)=[x]
。这个映射总是满射的。在Xdisplaystyle X
有某种额外结构的情况下,考虑保持这个结构的等价关系,接着称这个结构是良好定义的,而商集在自然方式下继承了这个结构而成为同一个范畴的对象;从adisplaystyle a
到[a]displaystyle [a]
的映射则是在这个范畴内的满态射。参见同余关系。
例子
- 如果Xdisplaystyle X
是轿车的集合,而∼displaystyle sim
是“颜色相同”的等价类,则一个特定等价类由所有绿色轿车组成。X/∼displaystyle X/sim
自然的被认同于所有轿车颜色的集合。
- 考虑在整数集合Zdisplaystyle mathbb Z
上的“模2displaystyle 2
” ﹝見同餘﹞等价关系: x∼ydisplaystyle xsim y
当且仅当x−ydisplaystyle x-y
是偶数。这个关系精确的引发两个等价类: [0]displaystyle [0]
由所有偶数组成,[1]displaystyle [1]
由所有奇数组成。在这个关系下[7],[9]displaystyle [7],[9]
和[1]displaystyle [1]
都表示Z/∼displaystyle mathbb Z /sim
的同一个元素。
有理数可以构造为整数的有序对 (a,b)displaystyle (a,b)的等价类的集合,bdisplaystyle b
不能为零,这里的等价关系定义为
(a,b)∼(c,d)displaystyle (a,b)sim (c,d)当且仅当ad=bcdisplaystyle ad=bc
。
- 这里的有序对 (a,b)displaystyle (a,b)
的等价类可以被认同于有理数a/bdisplaystyle a/b
。
- 任何函数f:X→Ydisplaystyle f:Xrightarrow Y
定义在X上的等价关系,通过x1∼x2displaystyle x_1sim x_2
当且仅当f(x1)=f(x2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)
。xdisplaystyle x
的等价类是在Xdisplaystyle X
中被映射到f(x)displaystyle f(x)
的所有元素的集合,就是说,类[x]displaystyle [x]
是f(x)displaystyle f(x)
的逆像。这个等价关系叫做fdisplaystyle f
的核。
- 给定群Gdisplaystyle G
和子群Hdisplaystyle H
,我们可以定义在Gdisplaystyle G
上的等价关系,通过x∼ydisplaystyle xsim y
当且仅当xy−1∈Hdisplaystyle xy^-1in H
。这个等价类叫做H在G中的右陪集;其中之一是Hdisplaystyle H
自身。它们都有同样数目的元素(在无限Hdisplaystyle H
的情况下是势)。如果Hdisplaystyle H
是正规子群,则所有陪集的集合自身是在自然方式下的一个群。
- 所有群都可以划分成叫做共轭类的等价类。
连续映射fdisplaystyle f的同伦类是所有同伦于fdisplaystyle f
的所有映射的等价类。
- 在自然语言处理中,等价类是对一个个人、位置、事物或事件的所有提及的要么真实要么虚构的集合。例如,在句子“"GE股东将投票公司杰出的CEO Jack Welch的继任者”。“GE”和“公司”是同义的,所以构成一个等价类。对“GE股东”和“Jack Welch”有单独的等价类。
性质
因为等价关系的adisplaystyle a在[a]displaystyle [a]
中和任何两个等价类要么相等要么不相交的性质。得出X的所有等价类的集合形成Xdisplaystyle X
的划分:所有Xdisplaystyle X
的元素属于一且唯一的等价类。反过来,Xdisplaystyle X
的所有划分也定义了在Xdisplaystyle X
上等价关系。
它还得出等价关系的性质
a∼bdisplaystyle asim b当且仅当[a]=[b]displaystyle [a]=[b]
。
如果∼displaystyle sim 是在Xdisplaystyle X
上的等价关系,而P(x)displaystyle P(x)
是xdisplaystyle x
的元素的一个性质,使得只要x∼y,P(x)displaystyle xsim y,P(x)
为真如果P(y)displaystyle P(y)
为真,则性质Pdisplaystyle P
被称为良好定义的或在关系∼displaystyle sim
下“类恒定”的。常见特殊情况出现在fdisplaystyle f
是从Xdisplaystyle X
到另一个集合Ydisplaystyle Y
的时候;如果x1∼x2displaystyle x_1sim x_2
蕴涵f(x1)=f(x2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)
则fdisplaystyle f
被称为在∼displaystyle sim
下恒定的类,或简单称为在∼displaystyle sim
下恒定。这出现在有限群的特征理论中。对函数fdisplaystyle f
的后者情况可以被表达为交换三角关系.参见不變量。
参见
- 等价关系